JP5803392B2 - 自律移動装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の技術では、走行可能範囲を定める固定障害物の位置を記述している環境地図情報を用意しておく。環境地図情報には、通過点A,B,C・・等の並びで記述されるグローバル経路に沿って走行する際に、走行可能な範囲を定める固定障害物の位置が記憶されている。環境地図情報は、走行可能範囲の境界線を示す地図情報である。特許文献1の技術では、環境地図情報が記述する固定障害物の位置情報と、ステレオビジョンセンサで検出される障害物の位置情報を統合し、実際に走行可能な範囲を示す統合情報を取得する。特許文献1の技術では、グローバル経路に含まれる通過点と通過点の間を、前記した統合情報に基づいて走行する。具体的には、前記統合情報に対してAスター探索処理を施して次の通過点に至る経路を探索する。
特許文献1は、大域的なグローバル経路と局所的な障害物回避経路を組み合わせて目標点に向かって走行する技術を開示している。
トポロジカルマップによって分岐点列で示される大域経路を探索し、分岐点と分岐点の間は、自律移動装置の周囲に存在している障害物の座標を特定する障害物座標特定装置によって得られる障害物マップに従って移動する方式によると、自律移動装置がしばしば経路探索に失敗してしまう。
目標点指定装置52は、人が操作するものであり、大域マップ記述データに含まれている分岐点の中から人が任意の分岐点を選択し、選択した当該分岐点を目標点として指定することを許容する。
現在位置座標特定装置54は、自律移動装置の現在位置の座標を特定する。
障害物座標特定装置56は、自律移動装置の周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する。
局所マップ記憶装置58は、障害物座標特定装置56で特定した障害物座標を累積した局所マップ記述データを記憶している。
大域経路探索装置62は、大域マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置54で特定されている現在位置から、目標点指定装置52で指定した目標点に至るまでの分岐点列を探索する。例えば、Aスター探索処理等を実行する。
局所経路探索装置64は、局所マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置54で特定されている現在位置から、大域経路探索装置62で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する。ここでも、例えばAスター探索処理等を実行する。
上記の自律移動装置では、分岐点と分岐点の間は障害物座標特定装置によって得られる局所マップに従って移動する。前記したように、障害物座標特定装置で現に得られている障害物マップだけを利用すると、次の分岐点に進む経路が発見できないことがある。例えば図2の(9,7)点で右折して(11,7)の点に移動した場合、障害物座標特定装置で現に得られている障害物マップだけを利用すると、次の分岐点に進む経路が発見できないことがある。より具体的には、図2の(9,7)点で右折して(11,7)の点に移動した場合、障害物座標特定装置で現に得られている障害物マップだけを利用すると、次の分岐点(この場合は(13,14)の分岐点)に進む経路が発見できない。一方、本明細書で開示する技術では、障害物座標特定装置で過去に得られた障害物マップまでもが局所経路の探索に利用される。先に例示した場合、(11,7)の点に移動した状態で局所経路を探索する際には、(9,7)点で右折して(11,7)の点に至るまでの間に取得された障害物マップまでもが局所経路の探索に用いられる。そのため、(9,7)点に戻ってから次の分岐点(この場合は(13,14)の分岐点)に進む局所経路が探索される。次の分岐点に進む局所経路の探索に失敗する事象をほぼ皆無とすることができる。
上記の自律移動装置によると、トポロジカルマップによってデータ量を圧縮できる利点を享受でき、しかも経路探索に失敗しないようにできる。
前記に例示した場合、(9,7)点で右折してから(11,7)の点に至る間に取得された障害物マップを累積しておけば、(9,7)点に戻る経路が探索できる。必ずしも、先の分岐点(この場合(9,4)の分岐点)以降に取得された障害物マップを累積しておく必要はない。しかしながら、確実を期すためには、先の分岐点を出発した後に取得した障害物マップを累積しておくことが好ましい。すなわち、先の分岐点を出発してから次の分岐点に到達するまでは障害物マップを累積して局所マップ記述データを更新することが好ましい。その一方において、局所マップ記述データが大容量化してしまえば、トポロジカルマップによって大域マップを少容量化した利点が損なわれてしまう。次の分岐点に到達したら局所マップ記述データを消去すれば、局所マップ記述データが大容量化してしまうことを防止できる。次の分岐点に到達してしまえば、局所マップ記述データを消去しても、その後の探索に差しさわりが生じることもない。次の分岐点に到達した後に局所マップ記述データを消去する消去装置60を付加すれば、必要な記憶容量の増大が防止でき、必要時には直前の分岐点に戻る局所経路が探索され、確実に次の分岐点に至る経路を探索することができる。
障害物の座標を記憶するデータ形式で局所マップを記述することで、局所マップ記憶装置に必要な記憶容量が圧縮される。
特徴1:実施例に係る自律移動装置は、障害物座標特定装置で取得した障害物マップを累積していく。累積した障害物マップから局所マップが作成される。移動中に次の分岐点を見失っても、局所マップを参照することで、直前の分岐点に戻ることができる。直前の分岐点に戻ることで、局所経路を再度探索することが可能である。
特徴2:局所マップ記述データが、自律移動装置の移動時間や移動距離や残容量といった基準では消去されない。分岐点列上の進行を保証する形で消去される。
特徴3:障害物座標特定装置が特定した障害物の座標が時間に対して不変であるか変化するかで、静止障害物と移動障害物に区分する。静止障害物から移動可能範囲が判明し、局所経路探索処理を実行する。移動障害物に対しては、回避経路を探索する技術で対応する。
現在位置座標を特定する方法は、現在位置座標特定装置54を用いる上記方法の他に、例えばGPS機能を使って特定するものであってもよい。
障害物座標の取得方法は、LRF14を用いる上記方法に限定されず、周囲の経路や領域を通行できるか否かが判定できる方法であればよい。例えば通信手段によって道路工事情報や事故による通行止めの情報を取得してもよい。障害物座標特定装置56は、かかる手順で、自律移動装置100の周囲に存在している障害物の位置を特定する。障害物座標記憶装置57は、LRF14で現に検出されている範囲の静止障害物の座標を記憶している。現時点での障害物マップに対応する。
他の形式として、地図上の(0,0)の座標点に障害物があるか否かを示す情報を(0001)のアドレスのメモリに記憶し、地図上の(0,1)の座標点に障害物があるか否かを示す情報を(0002)のアドレスのメモリに記憶することも可能である。この形式では、移動する可能性がある範囲の全部の座標に対してメモリを割り当てておく必要がある。障害物座標を記憶する図6の形式で局所マップ記述データ用意することで、局所マップ記憶装置に必要な記憶容量が圧縮される。
目標点指定装置52は、人が操作する装置であり、大域マップ記憶装置50に記憶されている分岐点群の中から人が選んだ分岐点を指定する操作を許容する。人が選んだ目標分岐点が自律移動装置100に入力される。人が分岐点を指定するまでのプロセスには各種の形態がありえる。例えば、施設名称と分岐点を対応づけるデータベースを用意しておき、人は施設名称を指定するようにしてもよい。トポロジカルマップを画面表示して人が指定するものであってもよい。リンク等の手法を利用するものであってもよい。
本実施例では、局所マップ記憶装置58に記憶されている局所マップ記述データに対して経路探索処理を実施して、現在位置から次の分岐点に至る局所経路を探索する。局所マップ記憶装置58には、直前の分岐点の通過以降に得られた障害物マップ記述データが累積されて記憶されていることから、次の分岐点に至る局所経路を探索するのに十分な広さをカバーしている。必要時に直前分岐点に戻る局所経路を探索することもできる。局所経路が探索されない事態の発生は少ない。
直前の分岐点に戻る際にも、自律移動装置100が現に検出している静止障害物を記述している障害物マップを用いて局所経路を探索すると、直前分岐点に戻る局所経路が探索されないことがある。直前分岐点の通過以降に得られた障害物マップを累積した局所マップを利用すると、直前分岐点に至る局所経路を確実に探索することができる。
従来のAスターアルゴリズムでは、出発点から分岐点nを経由して目標点まで移動する際の最小コストをf(n)とし、f(n)=g(n)+h(n)とする。ここで、g(n)は出発点から分岐点nまでの最小コスト、h(n)は分岐点nから目標点までの最小コストを表す。f(n)の推定値をf*(n)とおくと、f*(n)= g*(n)+h*(n)となる。ここで、g*(n)は出発点から分岐点nまでの最小コストの推定値、h*(n)は分岐点nから目標点までの最小コストの推定値である。g*(n)は経路探索の過程で求めることができるが、h*(n)は求められない。そこで、h*(n)をヒューリスティック関数とし、全ての分岐点nに対してh*(n)が0≦h*(n)≦h(n)を満たすようにする。ヒューリスティック関数とは、近似計算のように回答が必ず誤差の範囲内と保証されているわけではないが、近似計算に比して回答出力までの時間が短時間で済む関数である。一般に、分岐点nから目標点までの直線距離をh*(n)とおくことが多い。一方、g*(n)は探索しながら随時更新する。上記条件を満たすf*(n)はf(n)であることが保証されている。
以下に従来のAスターアルゴリズムの実行手順を説明する。
(1)出発点(S)と目標点(G)を指定する。計算中の分岐点を格納するOpenリストと、計算済みの分岐点を格納するCloseリストを用意する。
(2)出発点をOpenリストに追加する。このときg*(S)=0であるためf*(S)=h*(S)となる。Closeリストは空にする。
(3)Openリストが空の場合、出発点から目標点にたどり着く経路が存在しないことを意味するため、探索は失敗とする。
(4)Openリストに格納されている分岐点のうち最小のf*(n)を持つ分岐点nを取り出し、nが目標点であれば探索は終了し、そうでなければnをCloseリストに移す。
(5)nに隣接する全ての分岐点mに対して以下の操作を行う。
(5)-1 f’(m)=g*(n)+h*(m)+COST(n,m)を計算する。ここで、COST(n,m)は分岐点nから分岐点mへ移動するときのコストである。また、g*(n)はg*(n) = f*(n) -h*(n)で求めることができる。
(5)-2 mの状態に応じて以下の操作を行う。
(5)-2-1 m が Openリストにも Closeリストにも含まれていない場合、f*(m) = f '(m) とし m を Openリストに追加する。このとき m の親を n として記録する。
(5)-2-2 m が Openリストにある場合、f '(m) < f*(m) であるなら f*(m) = f'(m) に置き換える。このとき記録してある m の親を n に置き換える。
(5)-2-3 m がCloseリストにある場合、f '(m) < f*(m) であるなら f*(m) = f '(m) として m を Openリストに移動する。また記録してあるm の親をn に置き換える。
(6) (3)以降を繰り返す。
探索終了後、目標点Gから親を順次辿っていくと、出発点Sから目標点Gまでの最短経路が得られる。
ここで、手順(5)において、本実施例では局所経路探索の際に不定形である局所マップを用いるためnに隣接する全ての分岐点mのうち一部の分岐点が局所マップの外に存在することがある。地図外に存在する分岐点においては推定コストを求めることができなくなるため、本発明では、手順(4)と(5)の間に以下に説明する変更点を加える。まずnに隣接している全ての分岐点mが局所マップ上に存在するか調べ、局所マップ外に分岐点が存在する場合は当該局所マップ外の分岐点を含む範囲を通行可能マップとして追加するようにした。
こうすることで、従来ではnに隣接する全ての分岐点mにおける推定コスト探索をするためには全ての位置情報を保持した定形の地図が必要であったが、本発明における探索法では地図を拡張していくため、必要な位置情報のみを保持した不定形の局所マップで最適経路を探索できる。
局所マップ作成後、局所マップを用いて経路探索が行われる(ステップS10)。探索アルゴリズムは前記詳述したAスターアルゴリズムを用いる。前述したように、探索中に自律移動装置100が局所マップの範囲外に移動する場合はその座標の地図を追加する。ここで、図6のデータ形式は座標と移動可否情報だけではなく、地図接続情報などを含んでいてもよい。
局所経路が探索されれば(ステップS11でYES)、探索された局所経路を出力する(ステップS12)。局所経路が探索されない場合(ステップS11でNO)は、エラー出力を行い、大域経路探索装置62に対し経路再探索を要請する(ステップS13)。局所経路探索装置64によって出力された局所経路情報と、移動障害物座標記憶装置59によって記憶された移動障害物マップは、回避経路探索装置66に渡される。回避経路探索装置66では、次の分岐点に向かいつつ、障害物を滑らかに回避する移動方向と移動速度を作成する。
これらの処理手順を記憶した媒体を移動装置にインストールすることで、自律移動装置として活用できる。
11:移動量
12:ジャイロ
13:移動方向
14:LRF(レーザーレンジファインダー)
15:障害物距離・方位
16:位置推定用地図記憶装置
18:現在位置座標・方位記憶装置
19:現在位置
20:座標変換処理装置
50:大域マップ記憶装置
52:目標点指定装置
53:目標点
54:現在位置座標特定装置
56:障害物座標特定装置
57:障害物座標記憶装置(障害物マップ)
58:局所マップ記憶装置
59:移動障害物座標記憶装置(移動障害物マップ)
60:消去装置
62:大域経路探索装置
63:分岐点列
64:局所経路探索装置
65:局所経路
66:回避経路探索装置
67:回避経路
100:自律移動装置
Claims (6)
- 目標点までの経路を探索して移動する自律移動装置であり、
分岐点座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを記述している大域マップ記述データを記憶している大域マップ記憶装置と、
人が、大域マップ記述データに含まれている分岐点の中から任意の分岐点を選択し、選択した当該分岐点を目標点として指定することを許容する目標点指定装置と、
現在位置の座標を特定する現在位置座標特定装置と、
周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する障害物座標特定装置と、
障害物座標特定装置で特定した障害物座標を累積した局所マップ記述データを記憶している局所マップ記憶装置と、
大域マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置で特定されている現在位置から、目標点指定装置で指定した目標点に至るまでの分岐点の並び(以下、分岐点列という)を探索する大域経路探索装置と、
局所マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定装置で特定されている現在位置から、大域経路探索装置で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する局所経路探索装置と、
を備えている自律移動装置。 - 次の分岐点に到達した後に局所マップ記述データを消去する消去装置が付加されている請求項1に記載の自律移動装置。
- 局所マップ記述データが、障害物座標を記憶するデータ形式であることを特徴とする請求項1または2に記載の自律移動装置。
- 局所経路探索装置で経路が探索できない場合に、大域経路探索装置が再動作することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の自律移動装置。
- 大域経路探索装置の探索アルゴリズムと局所経路探索装置の探索アルゴリズムが同一であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の自律移動装置。
- 移動装置に記憶する情報を記憶している媒体であり、
分岐点座標と、分岐点と分岐点の間が移動可能経路で接続されているか否かを記述している大域マップ記述データと、
人が、大域マップ記述データに含まれている分岐点の中から任意の分岐点を選択し、選択した当該分岐点を目標点として指定することを許容する目標点指定処理手順と、
現在位置の座標を特定する現在位置座標特定処理手順と、
周囲に存在している障害物を検出して障害物の座標を特定する障害物座標特定処理手順と、
障害物座標特定処理手順で特定した障害物座標を累積して局所マップ記述データを生成する処理手順と、
大域マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定処理手順で特定されている現在位置から、目標点指定処理手順で指定した目標点に至るまでの分岐点列を探索する大域経路探索処理手順と、
局所マップ記述データに経路探索処理を施し、現在位置座標特定処理手順で特定されている現在位置から、大域経路探索処理手順で探索された分岐点列における次の分岐点に至る局所経路を探索する局所経路探索処理手順と、
を記憶している媒体。
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